手部功能康復(fù)機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、腦卒中患病率高，是導(dǎo)致手功能受損的一個主要原因，腦卒中后手部肢體偏癱的治療和康復(fù)已經(jīng)成為現(xiàn)代康復(fù)醫(yī)學(xué)和康復(fù)工程的研究熱點。目前國內(nèi)外對于因腦卒中引起的手部偏癱運動功能損失的改善和康復(fù)治療，主要采用的方法是通過修復(fù)或重塑受損神經(jīng)，加強(qiáng)肌肉肌腱的強(qiáng)度鍛煉，完成運動學(xué)習(xí)來復(fù)原或改善患手的運動功能。在各種手部功能康復(fù)手段和方法中，機(jī)器人輔助康復(fù)療法被廣泛采用。手部功能康復(fù)機(jī)器人作為機(jī)器人輔助康復(fù)設(shè)備的一種，其主要任務(wù)是輔助手部關(guān)節(jié)及手指完成彎曲

2、伸展康復(fù)訓(xùn)練。本文針對腦卒中后手部運動功能的康復(fù)，對手部功能康復(fù)機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計和研究。
　　作者首先分析了手部功能康復(fù)機(jī)器人國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了在電氣控制系統(tǒng)方面存在的不足和缺陷。接著總體概述了手部功能康復(fù)機(jī)器人機(jī)械和電氣控制系統(tǒng)的組成，在分析了人手生物運動特性和康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練策略的基礎(chǔ)上，設(shè)計了手部功能康復(fù)機(jī)器人基于患者表現(xiàn)逐步輔助的訓(xùn)練控制策略。
　　本文隨后詳細(xì)闡述了康復(fù)機(jī)器人電氣系統(tǒng)的硬件組成及設(shè)計

3、實現(xiàn)過程，完成了基于NiosII軟核的處理系統(tǒng)、基于PWM控制原理的多路直流電機(jī)驅(qū)動器、傳感器數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互及電源管理五個子系統(tǒng)的設(shè)計，整個電氣硬件系統(tǒng)具有集成度高、微型化的特點，滿足了康復(fù)機(jī)機(jī)器人便攜性的要求。
　　其次，詳細(xì)闡述了康復(fù)機(jī)器人基于擾動觀測器的PID魯棒控制方法的設(shè)計過程，介紹了康復(fù)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后分別建立了驅(qū)動電機(jī)和機(jī)械負(fù)載的數(shù)學(xué)模型，接著在討論康復(fù)機(jī)器人典型PID控制方法的基礎(chǔ)上，提出了手部功能康復(fù)

4、機(jī)器人基于擾動觀測器的PID魯棒控制方法，設(shè)計了擾動觀測器和低通濾波器，該控制方法能有效地抑制康復(fù)機(jī)器人運行時來自手部的干擾，從而提高控制系統(tǒng)的魯棒性，并利用MATLAB軟件對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，通過仿真實驗驗證了控制器和控制算法的有效性。
　　本文最后對設(shè)計完成的手部功能康復(fù)機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行性能測試，通過實驗驗證了各功能模塊的可行性和可靠性。實驗中獲取的電氣性能參數(shù)和控制性能參數(shù)是手部功能康復(fù)機(jī)器人性能指標(biāo)評估和進(jìn)一步優(yōu)化改